使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)對(duì) DNA 進(jìn)行編輯時(shí)常被喻為用剪刀對(duì)新聞稿進(jìn)行剪貼。然而，剪貼詞句相對(duì)容易，刪除單個(gè)字符或者立即了解剪貼對(duì)文字意思的影響卻十分困難?？茖W(xué)家們希望能夠運(yùn)用 CRISPR 技術(shù)將 DNA 中致病的基因變異切除，并替換成正常的 DNA 序列。為了達(dá)成這一目標(biāo)，CRISPR 技術(shù)的精確性仍然需要得到提高。

　　使用 CRISPR 基因編輯技術(shù)對(duì) DNA 進(jìn)行編輯時(shí)常被喻為用剪刀對(duì)新聞稿進(jìn)行剪貼。然而，剪貼詞句相對(duì)容易，刪除單個(gè)字符或者立即了解剪貼對(duì)文字意思的影響卻十分困難?？茖W(xué)家們希望能夠運(yùn)用 CRISPR 技術(shù)將 DNA 中致病的基因變異切除，并替換成正常的 DNA 序列。為了達(dá)成這一目標(biāo)，CRISPR 技術(shù)的精確性仍然需要得到提高。

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　　日前，由斯坦福大學(xué) (Stanford University) 和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院 (NIST) 聯(lián)合構(gòu)建的生物計(jì)量學(xué)聯(lián)合倡議 (JIMB) 組織的研究人員開(kāi)發(fā)出一種名為 MAGESTIC 的下一代 CRISPR 技術(shù)平臺(tái)。這一平臺(tái)將 CRISPR 技術(shù)從粗糙的剪貼工具，變?yōu)楦呒?jí)的文字處理器，利用類(lèi)似“查詢(xún)”與“替換”的功能對(duì)遺傳物質(zhì)進(jìn)行精確編輯。這一成果發(fā)表在《Nature Biotechnology》上。

　　使用 CRISPR 技術(shù)對(duì)基因組進(jìn)行編輯需要精確完成以下幾個(gè)步驟：1. 在細(xì)胞 DNA 的特定位點(diǎn)進(jìn)行剪切；2. 在切開(kāi)的位點(diǎn)準(zhǔn)確引入需要加入基因組的序列；3. 準(zhǔn)確觀察到基因編輯產(chǎn)生的后果。目前的 CRISPR 技術(shù)使用指導(dǎo) RNA(guide RNA，gRNA) 引導(dǎo)對(duì) DNA 序列的精確剪切，供體 DNA(donor DNA) 幫助將需要加入特定位點(diǎn)的 DNA 序列引入基因組。

　　目前，gRNA 能夠引導(dǎo)對(duì)基因組中特定位點(diǎn)的精確剪切，但是下一步的 DNA 修補(bǔ)過(guò)程往往不夠精確，很多時(shí)候修補(bǔ)過(guò)程會(huì)引入隨機(jī)突變，而人工表達(dá)的供體 DNA 序列不能有效地整合到基因組中，這導(dǎo)致大量細(xì)胞在基因編輯過(guò)程中死亡。對(duì)于細(xì)胞來(lái)說(shuō)，讓 DNA 修復(fù)機(jī)制在包含上百萬(wàn)到上億個(gè)堿基對(duì)的 DNA 序列中找到合適的供體 DNA 是一件很有挑戰(zhàn)性的工作。MAGESTIC 平臺(tái)在這方面的進(jìn)步是使用了名為“主動(dòng)供體募集（active donor recruitment）”的手段，將人工合成的供體 DNA 片段募集到剪切位點(diǎn)的周?chē)?。這一募集手段讓細(xì)胞存活率提高了七倍！

　　▲MAGESTIC 平臺(tái)以新的方式使用細(xì)胞條形碼，為 CRISPR 基因編輯增加了新的精度級(jí)別（圖片來(lái)源：Kelly Irvine/NIST）

　　MAGESTIC 與以往高通量 CRISPR 基因編輯技術(shù)的另一個(gè)顯著區(qū)別在于，細(xì)胞條形碼的設(shè)計(jì)。過(guò)去，研究人員通常用質(zhì)粒 (plasmid) 來(lái)表達(dá) gRNA，并存儲(chǔ)條形碼序列以追蹤細(xì)胞的突變，這些質(zhì)粒 DNA 會(huì)隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂進(jìn)行復(fù)制，并傳遞到下一代細(xì)胞中。但是，每個(gè)細(xì)胞中質(zhì)粒 DNA 的數(shù)量可以從 10 個(gè)到 40 個(gè)不等，這會(huì)導(dǎo)致條形碼的數(shù)量無(wú)法用來(lái)精確檢測(cè)細(xì)胞的數(shù)目。新的 MAGESTIC 技術(shù)平臺(tái)能將條形碼整合到細(xì)胞的染色體中，這一改進(jìn)讓條形碼的數(shù)目變得穩(wěn)定，使它們可以更精確地預(yù)測(cè)細(xì)胞的數(shù)量。

　　雖然在過(guò)去 20 年里，對(duì) DNA 的測(cè)序和編輯技術(shù)出現(xiàn)了大幅度的進(jìn)展，但是科學(xué)家們對(duì)基因組中存在的自然變異的功能和它們對(duì)疾病的影響仍然缺乏了解。MAGESTIC 可以通過(guò)精確地編輯每一個(gè)自然發(fā)生的基因變異，并且把它們和其它基因變異進(jìn)行比較來(lái)增進(jìn)對(duì)自然變異的理解。MAGESTIC 的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是能夠在一個(gè)試管里對(duì)上百萬(wàn)個(gè)細(xì)胞進(jìn)行高通量基因編輯，而過(guò)去的技術(shù)平臺(tái)需要不同實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)每個(gè)基因變異進(jìn)行編輯。

　　“現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)步讓我們不但能夠?qū)蚪M的每個(gè)堿基對(duì)進(jìn)行測(cè)序，而且能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行修改。但是我們?nèi)匀恍枰玫乩斫庑薷牡暮蠊?，”這篇論文的資深作者、斯坦福大學(xué)遺傳學(xué)教授 Lars Steinmetz 博士說(shuō)：“MAGESTIC 平臺(tái)好比讓我們?cè)诨蚪M這本書(shū)中對(duì)單個(gè)字符進(jìn)行修改，然后觀察這種修改對(duì)文字意思的影響。而我們的供體募集手段讓需要添加的新信息被精確放置到剪切出現(xiàn)的那一頁(yè)中?！?/p>

　　[1] Taking CRISPR from clipping scissors to word processor

　　[2] Multiplexed precision genome editing with trackable genomic barcodes in yeast

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